JP2005074305A - 水改質装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 対向する電極相互間に印加される印加電流密度を変化させることで、中途からの破断をなくすとともに電極のメンテナンス期間を長くすることを可能とした水改質装置を実現する。
【解決手段】 改質する水が導入される電解槽１１と、導電性金属で形成され、対向して電解槽１１内に配設される第１、第２電極１２、１３と、マグネシウム材で形成され、第１、第２電極１２、１３との間に配設される一枚または複数枚の中間電極１４と、第１、第２電極１２、１３間に電圧を印加する電圧印加回路１５とを備え、第１、第２電極１２、１３間に電圧を印加させて中間電極１４からＭｇ²⁺イオンを溶解させて電解槽１１内の水をアルカリ性に改質する水改質装置において、中間電極１４は改質する水の流れ方向の下流側に向けて中間電極１４の板厚が順次厚くなるように構成させた。これにより、中途からの破断をなくすとともに電極のメンテナンス期間を長くすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水道水や浴水などを電気分解によりアルカリ性に改質する水改質装置に関するものであり、特に、マグネシウム材からなる電極の寿命に関する。

従来、この種の水改質装置として、特許文献１に示すような装置が知られている。この装置では、改質する水が導入される電解槽と、導電性金属で形成され、対向して電解槽内に配設される第１、第２電極と、マグネシウム材で形成され、第１、第２電極との間に配設される一枚または複数枚の中間電極と、第１、第２電極間に電圧を印加する電圧印加手段とを備えて、この電圧印加手段により第１、第２電極間に電圧を印加させて中間電極からＭｇ²⁺イオンを溶解させて電解槽内の水をアルカリ性に改質させるように構成している。

そして、中間電極からＭｇ²⁺イオンを溶解させることにより、マグネシウム材からなる中間電極が消耗してしまうため、この消耗を均等に行なわせるために、第１電極に高電位電圧を印加し第２電極に低電位電圧を印加する第１通電モードと、第１電極に低電位電圧を印加し第２電極に高電位電圧を印加する第２通電モードとを交互に極性を切り換えて第１、第２電極間に電圧を印加させるようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−１９１０７８号公報

しかしながら、上記特許文献１によれば、詳しくは記載されていないが、第１、第２電極、および中間電極相互間のそれぞれの隙間が均等であると、電極相互間に流れる電流がほぼ同等であるため、Ｍｇ²⁺イオンの溶解により電極の表面に微細な凹凸が形成されて順次電極の板厚が減少していく。ところが、消耗の過程で微細な凹凸から局所的に劣化して亀裂が生ずるため、稀に中間電極の中途で破断してしまう問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、対向する電極相互間に印加される印加電流密度を変化させることで、中途からの破断をなくすとともに電極のメンテナンス期間を長くすることを可能とした水改質装置を提供することにある。

上記、目的を達成するために、請求項１ないし請求項５に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、改質する水が導入される電解槽（１１）と、マグネシウム材で形成され、対向して電解槽（１１）内に配設される第１、第２電極（１２、１３）と、この第１、第２電極（１２、１３）間に電圧を印加する電圧印加手段（１５）とを備え、電圧印加手段（１５）により第１、第２電極（１２、１３）間に電圧を印加させて第１、第２電極（１２、１３）からＭｇ²⁺イオンを溶解させて電解槽（１１）内の水をアルカリ性に改質する水改質装置において、
第１、第２電極（１２、１３）は、改質する水の流れ方向の下流側に向けて第１、第２電極（１２、１３）間の隙間が順次狭くなるように構成させたことを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、電極（１２、１３）間の隙間が順次狭くなるように構成させたことにより、電極（１２、１３）間に流れる印加電流密度が変化するため、Ｍｇ²⁺イオンの溶解が改質する水の流れ方向に向けて一様とはならず、例えば、電極（１２、１３）間の隙間が狭い側にて印加電流密度が高くなるとともに、この部分から消耗が始まり、隙間が広い側にかけて順次消耗していくため、従来の局所的に劣化して亀裂を生ずることなく電極（１２、１３）のメンテナンス期間を長くすることができる。

請求項２に記載の発明では、第１、第２電極（１２、１３）は、改質する水の流れ方向の下流側に向けて、第１、第２電極（１２、１３）の板厚が順次厚くなるように構成させたことを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、具体的には、第１、第２電極（１２、１３）の板厚を順次変化させることにより、板厚の厚い側にて印加電流密度が高くなり、電極（１２、１３）の消耗がこの板厚の厚い部分から順次薄い側にかけて順次消耗していくため、第１、第２電極（１２、１３）の中途で破断することはなくメンテナンス期間を長くすることができる。

請求項３に記載の発明では、改質する水が導入される電解槽（１１）と、導電性金属で形成され、対向して電解槽（１１）内に配設される第１、第２電極（１２、１３）と、マグネシウム材で形成され、第１、第２電極（１２、１３）との間に配設される一枚または複数枚の中間電極（１４）と、第１、第２電極（１２、１３）間に電圧を印加する電圧印加手段（１５）とを備え、この電圧印加手段（１５）により第１、第２電極（１２、１３）間に電圧を印加させて中間電極（１４）からＭｇ²⁺イオンを溶解させて電解槽（１１）内の水をアルカリ性に改質する水改質装置において、
中間電極（１４）は、改質する水の流れ方向の下流側に向けて、第１、第２電極（１２、１３）および中間電極（１４）の相互間の隙間が順次狭くなるように構成させたことを特徴としている。

請求項３に記載の発明によれば、第１、第２電極（１２、１３）との間に一枚または複数枚の中間電極（１４）を設けることにより、マグネシウム材からなる中間電極（１４）は、マグネシウムの溶解による電極の消耗が大きいため２枚以上の複数枚設けることにより、電極総面積を広くすることができるためメンテナンス期間を長くすることができる。

請求項４に記載の発明では、中間電極（１４）は、改質する水の流れ方向の下流側に向けて、中間電極（１４）の板厚が順次厚くなるように構成させたことを特徴としている。請求項４に記載の発明によれば、上記請求項２と同様な効果を奏する。

請求項５に記載の発明では、改質する水は、浴槽内の浴水であって、電解槽（１１）は、浴槽内の浴水を循環させて浄化する浴水浄化装置に配設されたことを特徴としている。

請求項５に記載の発明によれば、上記請求項１ないし請求項４においては、具体的には、例えば、水道水を電気分解してアルカリイオン水に改質するアルカリ整水器などの水改質装置であったが、浴槽内の浴水を浄化する。例えば、入浴後の浴水を浄化、保温する浴水浄化装置に電解槽（１１）を配設させて浴水をアルカリ性に改質する水改質装置に本発明を適用させても良い。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、水道水をアルカリ水に改質するアルカリ整水器に本発明を適用した水改質装置１０について図１に基づいて説明する。図１は、本実施形態の水改質装置１０の全体構成を示す模式図である。水改質装置１０は、図１に示すように、水道水が導入される電解槽１１、この電解槽１１内に対向して配設される第１、第２電極１２、１３、この第１、第２電極１２、１３との間に配設される複数の中間電極１４、第１、第２電極１２、１３間に直流電圧を印加する電圧印加手段である電圧印加回路１５から構成している。

まず、電解槽１１は、アルカリに強いプラスチックなどの材料で形成された容器であり、上流端が図示しない給水配管に開閉弁を介して接続されて、水道水を電解槽１１内に流通させる通水路１６と、下流端が改質されたアルカリ水を流通させる通水路１７とが設けられた電気分解を行なうための容器である。これにより、通水路１６から導入された水道水は電解槽１１内を下方から上方に向けて流通するようにしている。

また、電解槽１１内には、導電性金属から形成された板状の第１電極１２、および第２電極１３が互いに対向して配設されている。第１、第２電極１２、１３は、貴金属であるプラチナ（以下、Ｐｔと称する。）から形成されている。つまり、チタンＴｉ製の基材の表面にＰｔメッキを施すか、またはチタンＴｉ製の基材の表面にＰｔ粒子を焼成するいずれかの方法で形成されている。

また、これらの第１、第２電極１２、１３との間にはマグネシウムの鋳造材から形成された板状の中間電極１４が２枚配設されている。ここで、２枚の中間電極１４は、それぞれ水道水の流れ方向の下流側に向けて板厚が厚くなるように形成されている。つまり、第１、第２電極１２、１３と中間電極１４および中間電極１４相互間の隙間が水道水の流れ方向の下流側に向けて狭くなるように形成されている。

これにより、第１、第２電極１２、１３間および中間電極１４相互間に印加される印加電流密度が高くなるように構成している。なお、第１、第２電極１２、１３側は水道水の流れ方向に向けて板厚が変化させることなく均一の板厚で形成している。また、この２枚の中間電極１４は、電気絶縁性の図示しないスペーサを介して、各中間電極１４が互いに略平行に配設されるように所定間隔を設けて第１、第２電極１２、１３間に積層されている。

そして、第１、第２電極１２、１３には、直流電圧を印加する電圧印加手段である電圧印加回路１５に接続されている。具体的には、一方の第１電極１２に高電位電圧（例えば、ＤＣ２４Ｖ）を印加して、もう一方の第２電極１３に低電位電圧（例えば、ＤＣ０Ｖ）を一定時間（例えば、５分）印加する第１通電モードと、その後、第１電極１２に低電位電圧（例えば、ＤＣ０Ｖ）を印加して、第２電極１３に高電位電圧（例えば、ＤＣ２４Ｖ）を一定時間（例えば、５分）印加する第２通電モードとを交互に極性を切り換えるように制御している。

なお、第１、第２電極１２、１３間に印加する電圧は電解槽１内を流れる電流が所定値となるように制御器（図示せず）により調整される。

次に、以上の構成によるアルカリ整水器１０の作動について説明する。まず、アルカリ性を生成させたいときには、図示しない操作パネルの運転スイッチを操作させることで、図示しない制御器により、通水路１６の上流に設けられた開閉弁（図示せず）が開いて水道水が電解槽１１内に導入される。そして、電圧印加回路１５により、第１電極１２、１３間に直流電圧の印加がされると、電解槽１１内を流通する水道水が以下に示すように電気分解される。

因みに、第１電極１２、１３間に印加される電圧の極性は所定時間（例えば、５分）毎に切り換えられるが、説明の便宜上、一方の第１電極１２が陽極、もう一方の第２電極１３が陰極の状態を例に、電気分解による電解水生成の化学反応について説明する。図１に示すように、まず、第１電極１２、１３間に電圧Ｖ₀が印加されるとマグネシウム材からなる高電位側の中間電極１４からＭｇ²⁺イオンが溶解し、下記化学反応式（１）、（２）によって示されるように、Ｍｇ²⁺イオンがＯＨ^-イオンと反応してＭｇ(ＯＨ)₂が生成し、電解槽１１内の水道水がアルカリ性に改質される。なお、このＭｇ(ＯＨ)₂には水酸化マグネシウムよりなるミネラル成分であるため、ミネラル成分を含むアルカリ性に改質される。
（化１） Ｍｇ→Ｍｇ²⁺＋２ｅ^-
（化２） Ｍｇ²⁺＋２ＯＨ^-→Ｍｇ（ＯＨ）₂
また、一方の低電位側の中間電極１２および第２電極１３近傍では、下記化学式（３）、（４）に示すように、水素イオン２Ｈ⁺が電子を受け取って水素ガスＨ₂になる反応が起きている。この水素ガスＨ₂は、水道水中に過飽和の状態となるまで溶存される。
（化３） ２Ｈ₂Ｏ→２Ｈ⁺＋２ＯＨ^-
（化４） ２Ｈ⁺＋２ｅ^-→Ｈ₂↑
なお、第１電極１２、１３間の極性が反転したときには、低電位側の中間電極１４および第１電極１２近傍では、化学式（３）、（４）に示す水素ガスＨ₂になる反応が起き、高電位側の中間電極１４では、化学式（１）、（２）で示す反応が起こるので、説明は省略する。これにより、電解槽１１内を流通する水道水がアルカリ性に改質され、通水路１７からアルカリ水が排出される。

これにより、中間電極１４からＭｇ²⁺イオンが溶解することにより、マグネシウム材からなる中間電極１４よりマグネシウムが消耗して順次板厚が薄くなっていくが、本実施形態では、中間電極１４の板厚を水道水の流れ方向の下流側に向けて、順次厚くなるように形成したので、板厚の厚い側から順次板厚が減少するようにしている。

つまり、第１電極１２、１３および中間電極１４相互間の隙間が水道水の流れ方向の下流側に向けて順次狭くなるように形成されるため、隙間の狭い側が印加電流密度が高くなって、この部分の消耗が多くなるとともに、板厚の厚い部分から薄い側に掛けて消耗が進行することで、従来の局所的に劣化して亀裂を生ずることなく中間電極１４を消耗させることができるようになっている。

また、電解槽１１内の上方側、つまり、中間電極１４の板厚が厚い側には、上記化学式（３）、（４）に示す水素ガスＨ₂が活発に形成されている。この水素ガスＨ₂は、中間電極１４からＭｇ(ＯＨ)₂の剥離を助長させる効果を有しているため、この部分はＭｇ(ＯＨ)₂の剥離が活発となり、電解性能の安定が図れるものである。

なお、アルカリ性の改質を停止させたいときには、運転スイッチ（図示せず）を停止操作することにより、制御器（図示せず）より電圧印加回路１５が制御されて電圧印加を停止する。また、本実施形態では、マグネシウム材からなる中間電極１４を２枚設けたが一枚または２枚以上の複数枚設けてもよい。

以上の第１実施形態のアルカリ整水器１０によれば、中間電極１４の板厚を水道水の流れ方向の下流側に向けて、順次厚くなるように形成して、第１電極１２、１３および中間電極１４相互間の隙間が水道水の流れ方向の下流側に向けて順次狭くなるように電解槽１１内に配設させたことにより、第１電極１２、１３および中間電極１４相互間に流れる印加電流密度が変化するため、Ｍｇ²⁺イオンの溶解が改質する水の流れ方向に向けて一様とはならず、例えば、隙間が狭い側にて印加電流密度が高くなるとともに、この部分から消耗が始まり、隙間が広い側にかけて順次消耗していくため、従来の局所的に劣化して亀裂を生ずることなくマグネシウム材からなる中間電極１４を中途で破断させることなく中間電極１４のメンテナンス期間を長くすることができる。

また、マグネシウム材からなる中間電極１４はマグネシウムの溶解による電極の消耗が大きいため２枚以上の複数枚設けることにより、電極総面積を広くすることができるためメンテナンス期間を長くすることができる。また、印加電圧の極性を所定時間（例えば、５分）毎に交互に切り換えることにより、マグネシウム材からなる中間電極１４の裏表が交互に消耗されるので、中間電極１４の寿命をさらに延長することができる。

（第２実施形態）
以上の第１実施形態では、導電性金属からなる第１、第２電極１２、１３との間にマグネシウム材からなる中間電極１４を２枚配設させたが、これに限らず、図２（ａ）に示すように、第１、第２電極１２、１３のいずれか一方を２個設けて、第１、第２電極１２、１３との間にマグネシウム材からなる中間電極１４を一枚または複数枚設けてもよい。

また、図２（ｂ）に示すように、マグネシウム材からなる第１電極１２と導電性金属からなる第２電極１２とを一対、もしくは、図２（ｃ）に示すように、上記一対の第１、第２電極１２、１３を複数個構成しても良い。なお、この場合の電圧印加回路１５は、印加電圧の高電位側をマグネシウム材からなる第１電極１２に接続し、低電位側を導電性金属からなる第２電極１３に接続する第１通電モードのみの通電を行なうようにしている。以上の構成によれば、第１実施形態と同じ効果を奏する。

（第３実施形態）
以上の第１実施形態では、導電性金属からなる第１、第２電極１２、１３とマグネシウム材からなる一枚または複数枚の中間電極１４とを組み合わせたが、これに限らず、図３に示すように、すべての電極１２、１３、１４をマグネシウム材から形成しても良い。

また、第２実施形態と同様の構成のうちで、図４（ａ）ないし図４（ｃ）に示すように、導電性金属からなる電極をマグネシウム材にて形成しても良い。以上の構成によれば、マグネシウム材の電極面積が広く取れ、多量のＭｇ²⁺イオンを溶解させることができるため、Ｍｇ（ＯＨ）₂の生成および水素ガスＨ₂の発生が活発となり、短時間に電解槽１１内の水導水をアルカリ性に改質することができる。また、電解槽１１を小さくすることができるためアルカリ整水器を小型にできる。

（他の実施形態）
以上の第１実施形態では、本発明をアルカリ整水器に適用させたが、これに限らず、本発明を浴水浄化装置に適用させても良い。具体的には、電解槽１１を浴槽内の浴水を循環させて浄化する浴水浄化装置に設けて、改質する水道水の代わりに浴槽内の浴水を循環させて、浴水を浄化するとともに、浴水をアルカリ性に改質させても良い。これによれば、浴槽内の浴水をミネラル成分を含むアルカリ性に改質することができる。

また、以上の実施形態では、本発明による水改質装置を主として水道水をアルカリ性に改質するアルカリ整水器１０、および浴水を浄化する浴水浄化装置に適用させて説明したが、飲料用水改質装置や浴水浄化装置に限定するものではなく、他の用途、例えば、栽培作物に散水する農業用水改質用などに適用しても良い。

本発明の第１実施形態におけるアルカリ整水器１０の全体構成を示す模式図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の第２実施形態におけるアルカリ整水器１０の全体構成を示す模式図である。 本発明の第３実施形態におけるアルカリ整水器１０の全体構成を示す模式図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の第３実施形態におけるアルカリ整水器１０の全体構成を示す模式図である。

符号の説明

１１…電解槽
１２…第１電極
１３…第２電極
１４…中間電極
１５…電圧印加回路（電圧印加手段）

Claims (5)

1. 改質する水が導入される電解槽（１１）と、
   マグネシウム材で形成され、対向して前記電解槽（１１）内に配設される第１、第２電極（１２、１３）と、
   前記第１、第２電極（１２、１３）間に電圧を印加する電圧印加手段（１５）とを備え、
   前記電圧印加手段（１５）により前記第１、第２電極（１２、１３）間に電圧を印加させて前記第１、第２電極（１２、１３）からＭｇ²⁺イオンを溶解させて前記電解槽（１１）内の水をアルカリ性に改質する水改質装置において、
   前記第１、第２電極（１２、１３）は、改質する水の流れ方向の下流側に向けて前記第１、第２電極（１２、１３）間の隙間が順次狭くなるように構成させたことを特徴とする水改質装置。
2. 前記第１、第２電極（１２、１３）は、改質する水の流れ方向の下流側に向けて、前記第１、第２電極（１２、１３）の板厚が順次厚くなるように構成させたことを特徴とする請求項１に記載の水改質装置。
3. 改質する水が導入される電解槽（１１）と、
   導電性金属で形成され、対向して前記電解槽（１１）内に配設される第１、第２電極（１２、１３）と、
   マグネシウム材で形成され、前記第１、第２電極（１２、１３）との間に配設される一枚または複数枚の中間電極（１４）と、
   前記第１、第２電極（１２、１３）間に電圧を印加する電圧印加手段（１５）とを備え、
   前記電圧印加手段（１５）により前記第１、第２電極（１２、１３）間に電圧を印加させて前記中間電極（１４）からＭｇ²⁺イオンを溶解させて前記電解槽（１１）内の水をアルカリ性に改質する水改質装置において、
   前記中間電極（１４）は、改質する水の流れ方向の下流側に向けて、前記第１、第２電極（１２、１３）および前記中間電極（１４）の相互間の隙間が順次狭くなるように構成させたことを特徴とする水改質装置。
4. 前記中間電極（１４）は、改質する水の流れ方向の下流側に向けて、前記中間電極（１４）の板厚が順次厚くなるように構成させたことを特徴とする請求項３に記載の水改質装置。
5. 前記改質する水は、浴槽内の浴水であって、前記電解槽（１１）は、浴槽内の浴水を循環させて浄化する浴水浄化装置に配設されたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の水改質装置。

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